برای درک این که چاپ سه بعدی قطعات برای قالبگیری تزریقی چیست، بهتر است ابتدا فرایند قالب گیری تزریقی سنتی را بررسی کنیم. قالب گیری تزریقی یکی از رایج ترین فرایندهای تولید در صنعت پلاستیک است. اساساً، پلاستیک مذاب به داخل حفرۀ قالب تزریق شده و سپس با سرد شدن سخت می شود و قطعات پلاستیکی خارج می شوند. قالب گیری تزریقی برای تولید انبوه استفاده می شود، چون هزینه های اولیۀ آن در طراحی، آزمایش و ابزارآلات بالا است. البته، هر چه قطعات بیشتری تولید شود، قیمتِ واحد کاهش زیادی پیدا می کند و به همین دلیل قالب گیری تزریقی برای تولید بسیار زیادی سری شده به صرفه است.
چرا پرینت سه بعدی؟
قالبها قطعاتی دارای حفره هستند که شکل محصولات را تعیین می کنند. قالب ها به طور سنتی از طریق ماشین آلات فرزکاری CNC طراحی و تولید می شوند و معمولا گران در می آیند.
از آنجا که قالب ها معمولاً از فلزاتی مانند فولاد و آلومینیوم ساخته می شوند، ایجاد تغییر در آنها پس از تولید بسیار دشوار است. بنابراین، قالب های پلاستیکی چاپِ سه بعدی، جایگزینی ارزان و انعطاف‌پذیر محسوب می شوند.
فرایند تولید قالب با پرینتر سه بعدی
- قطعات توسط نرم افزارهای CAD، مانند AutoCAD یا Fusion 360، طراحی می شوند.
- طراحی با فرمت STL ذخیره شده و به شکل جی‌کُد برش داده می شود.
- قالب ها توسط پرینتر سه بعدی، به صورت لایه به لایه، چاپ می شوند.
- قالب ها در داخل قاب هایی فلزی قرار می گیرند و آمادۀ قالب گیری تزریقی می شوند.
متریال پرینتر سه بعدی
به طور کلی، شما به چیزی نیاز دارید که استحکام و سختیِ بالایی داشته باشد تا بتواند فشار ایجاد شده در طول تزریق را تحمل کند. همچنین، باید مقاومت بالایی نسبت به دما داشته باشد. چند متریال رایج برای استفاده در چاپ سه بعدی:
- PETG (پلی اتیلِن ترفتلات)
- ABS (آکرونیتریل بودتادین استایرن)
- Nylon (مثلاً پلی آمید)
- PP (پلی پروپیلِن)
- TPE (الاستومرِ ترموپلاستیک)
- POM (پلی اکسی متیلن مانند دلرین و اِستال)
قالب های اولیه برای فرآیند تزریقی را می توان با FDM، SLA، Material jetting و SLS چاپ سه بعدی کرد. میگویند از آنجا که دقت ابعادی بالا و سطوح صاف برای قالب های تزریقی مهم هستند، SLA بهترین روش برای چاپ سه بعدی قالب های تزریقی است (اگر قطعه بسیار کوچک است).
مقایسه قالب گیری تزریقی و پرینتر سه بعدی
مزایا
هزینۀ کم: روش سنتیِ تولید قالب تزریقی بسیار پرهزینه و زمان‌بر است و به ماشین آلات دقیق و تخصصی نیاز دارد. از سوی دیگر، چاپ سه بعدی روشی بسیار ارزان‌تر برای ساخت قالب محسوب می شود. گزارش شده که قالب های چاپ سه بعدی در مقایسه با روش سنتی می توانند ۸۰ درصد از هزینه ها بکاهند.
تغییرپذیری و بهره‌وری: چاپ سه بعدی زمان طراحی و تولید را به طرز چشمگیری کاهش می دهد. هر کسی که تجربۀ پرینت سه بعدی را داشته باشد، می تواند قالب را چاپ کند و اگر از آن راضی نباشد، می تواند به سادگی طرح را تغییر دهد و قالب دیگری چاپ کند.
مناسب بودن برای تولید در حجم کم: همانطور که قبلاً گفتیم، قالبهای تزریقیِ ساخته شده با روش های مرسوم، هزینۀ بالایی دارند. به همین دلیل، تنها زمانی مورد استفاده قرار می گیرند که حجم تولید به اندازۀ کافی بالا باشد. پس اگر قطعات ابتکاری بوده و سری کمی برای ساخت مدنظر دارید، پرینت۳بعدی این قطعات بسیار ارزان‌تر است و با توجه به هزینۀ اولیۀ پایین، تولید با حجمِ کم یا متوسط ممکن و بصرفه می شود.
معایب
زمان تولید طولانی تر: از آنجا که پلاستیک در مقایسه با فلز رساناییِ حرارتیِ پایین تری دارد، قالب های پلاستیکی چاپگر سه بعدی به زمان بیشتری برای تولید محصولات نیاز دارند و این امر زمان کلی را طولانی تر می کند و سرعت تولید را کاهش می دهد. پس قادر به سری سازی انبوه نخواهید بود.
انقباض: مانند بسیاری دیگر از قطعات چاپی، قالبهای چاپ سه بعدی ممکن است در هنگام خنک شدن دچار انقباض شوند، مشکلی که در چاپ سه بعدی رایج است. این امر می تواند در صورت نیاز به ابعاد دقیق، مشکلاتی را ایجاد کند.
یکپارچگی ساختاری ضعیف تر: اکثر قالب های پرینت سه بعدی از پلاستیک ساخته می شوند و نمی توانند دما و فشار بالا را برای مدتی طولانی تحمل کنند. این امر باعث می شود که قالب های چاپی در بخش دریچه و خطوط اتصال دچار فرسایش شوند.
حالا که از مزایا و معایب چاپ سه بعدی مطلع شدید، بیایید به آخرین پیشرفتها در این زمینه نگاهی بیندازیم.
پوشش سطح
قالب پلاستیکی چاپ سه بعدی در دما و فشار بالا تخریب می شود. استفاده از پوشش محافظ برای یکپارچگی سطح به منظور جلوگیری از تخریب ناشی از حرارت تا حدی میتواند کارآمد باشد. قرار دادن لایه ای از فلز، نیترات فلزی، اکسید و سرامیک روی سطح قالب می تواند مقاومت در برابر حرارت و ترک خوردگی را افزایش دهد.
کامپوزیت های رسانای حرارتی
رسانایی حرارتی معیاری از توانایی یک جسم برای هدایت گرما است. فلزات، رساناییِ حرارتیِ بهتری نسبت به پلاستیک دارند. بعبارت دیگر، فلزات را می توان سریع تر از پلاستیک گرم یا سرد کرد.
از آنجا که قالب های پرینتی نسبت به نمونه های تولید شده با CNC مرحلۀ گرمایش و سرمایش طولانی تری دارند، مدت چرخۀ آنها نیز بیشتر طول می کشد. وقتی در مدت معینی محصولات کمتری تولید شود، هزینۀ تولید نسبت به قالب های سنتی افزایش می یابد.
برای حل این مشکل، برخی افزودنی های رسانای حرارتی در متریال قالب گنجانده می شود تا فرایند تزریق را بهبود ببخشد. برای مثال، می توان نیتریدِ بور را به ABS و ذرات آهن را به رزینِ اپوکسی اضافه کرد.
قالب های تزریقی فلزی
فلز، رسانایی حرارتیِ بهتری نسبت به پلاستیک دارد، پس چرا قالب های تزریقی فلزی چاپ سه بعدی نداشته باشیم؟ با پیشرفت های اخیر در چاپ سه بعدی فلزی، این امر امکان‌پذیر شده است. با این حال، چاپ سه بعدی فلز هنوز بسیار گران‌تر از پلاستیک در می آید، بنابراین هزینه های اولیه همچنان بالا خواهد بود.
نکاتی برای چاپ سه بعدی
پیش از این که قالب خود را چاپ سه بعدی کنید، باید چند نکتۀ مهم را در نظر بگیرید:
- تعداد چاپ: از تعداد قالبی که می خواهید چاپ کنید، مطمئن شوید. به یاد داشته باشید، این قالب ها فقط برای تولید در حجم کم هستند (بسته به قالب بین ۳۰ تا ۱۰۰ تولید روانه تا هفتگی). بنابراین اگر به فکر ساختن هزاران واحد هستید، بهتر است به فکر قالب های سنتی باشید.
- افزودن زاویۀ دِرَفت (draft angle): زوایای قائم باعث می شوند که قطعات قالب گیری تزریقی به سختی از قالب خارج شوند، بنابراین سعی کنید یک زاویۀ درفتِ ۲ درجه ای اضافه کنید تا جسم راحت تر به بیرون سر بخورد.
- استفاده از شرکتهای خدمات پرینت سه بعدی: یادتان باشد که برای بررسی امکان سازگاری محصولات کارگاه خود با 3d Print میتوانید از خدمات چاپ سه بعدی استفاده کنید، که به شما امکان می دهد بدون دردسر قالبی دلخواه را سفارش دهید تا با مشخصات دقیقی، طراحی و چاپ شود. اگر راضی بودید آنوقت به خرید پرینتر سه بعدی فکر کنید.
ما در ایران مناسبترین کیفیت و قیمت را در حوزه «چاپگرهای سه بعدی متریال ترموپلاستیک» ارائه می دهیم و می توانید چاپ قالب های اولیه خود را به ما بسپرید.
توسعه گران بعد سوم را در گوگل جستجو کنید و به رایگان از ما مشورت بگیرید
